基于硬磁薄膜材料的GMI传感器偏置磁场分布模拟研究#黎俊乔，晋芳，周玲，彭景**51015202530（中国地质大学机械与电子信息学院,湖北,武汉,430074）摘要：由于GMI效应对磁场敏感的对称性特点，在传感器设计中，通常引入偏置磁场的方法来提高GMI传感器的灵敏度。而采用硬磁薄膜材料作为GMI传感器的偏置磁场源，可在提供80～160A/m的偏置磁场的前提下，实现GMI传感器的低功耗和微型化。本文运用COMSOL软件，利用一定边界条件下的Maxwell方程建立了硬磁薄膜材料模型，对薄膜材料的空间磁场分布进行了模拟，研究了薄膜材料特性及其尺寸对空间磁场分布的影响，并对影响有限元分析结果可靠性的因数进行了探讨。研究结果表明，硬磁薄膜材料的饱和磁化强度范围为500～1000kA/m，长度范围为4000～6000µm、厚度范围为10～20µm时可以为GMI传感器敏感元件提供符合要求的偏置磁场源关键词：GMI传感器；硬磁薄膜；COMSOL；偏置磁场：TP212SimulationoftheBiasMagneticFieldDistributionofGMISensorBasedonthePermanentMagneticFilmLIJunqiao,激NFang,ZHOULing,PENG激ng(FacultyofMechanicalElectronicInformation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,430074,China)Abstract:AstheGMIeffect'ssymmetricalimpedancecharacteristicswiththeexternallyappliedfields,thesensorwasusuallydesignedbyaddingabiasmagneticfieldtoimproveitssensitivity.Usingthepermanentmagneticfilmtoprovidethebiasmagneticfield,couldnotonlymeettheconditionofproviding80~160A/mbiasfield,butalsobenefittheminiaturizationandthelow-powerdissipationofthesensor.WehadestablishedapermanentmagneticfilmmaterialmodelbyCOMSOLsoftwareusingMaxwellequationwithaboundarycondition,simulatedthefielddistributionofthefilmmaterialtostudytheinfluenceofthefilm'spropertyanditssizeonthefilm'smagneticfield,andanalyzedthefactorsaffectingthereliabilityofthesolutionbyusingfiniteelementmethod.Theresultsshowedthatthesaturationmagnetizationrangeof500~1000kA/m,thelengthrangeof4000~6000µmandthethicknessrangeof10~20µmcouldmeettherequirements.Keywords:GMIsensor;permanentmagneticfilm;COMSOL;biasmagneticfield350引言1992年，日本学者MohriK等人在CoFeSiB软磁非晶丝中发现该材料的端电压(交流阻抗)随着外加磁场的增加而急剧下降的现象[1]，并在1993年的RQ-8会议上首次报道了GMI效应。近几年来，利用GMI效应来对微弱磁场的测量备受人们关注。GMI磁传感器与霍尔40效应等其他磁传感器相比[2]，其在传感器灵敏度、尺寸和功耗等性能方面都有较强的优势，逐渐成为当前传感器研究的热点。对于GMI材料的研究[3]，主要集中在非晶带，非晶丝和基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（41004079）；教育部科技项目博士点基金---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---（20100145120007）；中国地质大学（武汉）中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（CUG120107）作者简介：黎俊乔(1989-),男,在读硕士,主要研究方向为磁传感器的仿真与研制通信联系人：晋芳(1978-),女,副教授,主要研究微弱磁场检测及磁性薄膜传感器及器件.激nfang78@cug.edu-1----本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---非晶薄膜等三个方向，而薄膜材料以其易于加工便于集成的优点更是成为关注的重点。由于GMI效应对磁场敏感的对称性特点[4]，在传感器设计中，通常引入偏置磁场的方法来提高传感器的灵敏度。产生偏置磁场的方法有很多，一种方法是在传感器探头上缠绕复45505560杂的多匝偏置线圈[5]，并通入电流，采用电生磁的原理获得偏置磁场。但线圈中的电流除了产生磁场外，还会带来的额外功耗和发热问题，并且线圈的绕制对机械加工条件要求严格。另一种方法是使用永磁体块提供偏置场[6]，这种方法虽然可以减小功耗和生产成本，但由于永磁体块的体积庞大，不利于传感器的微型化生产。A.Takayama和T.Umehara[7]等人采用Cu薄膜提供偏置和反馈线圈，实验...